Single-Supply-Opamp-Colpitts-Oszillator

Ich entwerfe einen Colpitts-Oszillator mit einem Rail-to-Rail-Operationsverstärker mit Einzelversorgung, der mit 3,3 V betrieben wird. Der positive Eingang des Operationsverstärkers ist auf VDD / 2 eingestellt, um den negativen Teil der Schwingungen auszugleichen, sodass alles zwischen 0 V und 3,3 V bleibt .

Ich muss ein paar Designüberlegungen anstellen und frage mich, welches das Beste ist und warum.

Was wäre besser und warum, die Kondensatoren an der virtuellen Masse oder der realen Masse anzubringen? Beide Schaltungen funktionieren (Simulation), aber ich frage mich, welche die beste ist. Ich habe eine kleine Präferenz für die zweite Schaltung, da der Operationsverstärker mit virtueller Masse dann nicht viel Strom liefern muss.

Ich habe bereits folgenden Beitrag gelesen. Können Oszillatoren aus einer einzigen Quelle hergestellt werden?

Virtueller GND = VDD/2

Virtueller GND = VDD/2

Echter und virtueller GND kombiniert

Echter und virtueller GND kombiniert

Antworten (1)

Wenn Ihr virtueller Boden stabil ist, macht es keinen Unterschied. Ihre beiden Kondensatoren verhalten sich unabhängig von der Gleichstromvorspannung, der sie ausgesetzt sind, gleich.

Da Sie sagen, dass dies nicht der Fall ist, gehen Sie zum zweiten Stromkreis. Da praktisch kein Strom in einen Operationsverstärkereingang fließen sollte, können Sie auch die Spannungspufferung des zweiten Operationsverstärkers insgesamt weglassen. Und: 100 Ω ist ein viel zu kleiner Widerstand – bei den Femto- bis Mikroampere-Strömen, die in einen Opamp-Eingang fließen könnten, sollte ein 10 kΩ - 10 kΩ-Spannungsteiler genauso gut funktionieren; Ersetzen Sie die gigantische 10-µF-Kappe durch eine kleinere, wenn Sie die Widerstände erhöhen, da das Laden sonst "ewig" dauert.

Vergessen Sie im Allgemeinen nicht, dass dies nur eine Simulation mit vermutlich idealisierten Komponentenmodellen ist - in der realen Welt hat eine 100-µH-Spule einen gewissen Gleichstromwiderstand (einfach weil sie nicht aus Supraleiter besteht), also lesen Sie das aus dem Datenblatt der Spule ( Messen Sie, wenn Sie nur eine Induktivität verwenden, die Sie ohne Datenblatt herumliegen haben) und passen Sie Ihre Serie 30 Ω entsprechend an.

Gleiches gilt für Ihren Operationsverstärker: Er hat eine begrenzte Bandbreite, dh hohe Phasenänderungen bei hohen Frequenzen. Ich bin zu faul, um die Frequenz Ihres Colpitt zu berechnen, aber die meisten Operationsverstärker sollten bei diesen Frequenzen sicher sein. Dennoch ist es eher ungewöhnlich, Oszillatoren aus Operationsverstärkern zu bauen, wo einfache Transistoren ausreichen würden (und wahrscheinlich ein schöneres Phasenverhalten bei höheren Frequenzen haben).

Vielen Dank für Ihre Antwort. Ich dachte über die Verwendung eines Operationsverstärkers nach, da es sich um eine Recenter-Komponente handelt, also "muss sie stabiler und leistungsfähiger sein". Aber bitte sagen Sie mir, wenn ich falsch liege oder warum Sie lieber einen Transistor verwenden würden. Es wird als Induktivitätsmessgerät für einen Induktionsschleifendetektor (Fahrzeugerkennung) verwendet, muss also mit einer Vielzahl von Induktivitäten richtig schwingen können. Auch wenn kein Operationsverstärker verwendet wird, muss immer noch zwischen einem Mosfet und einem Transistor gewählt werden. Können Sie mir ein paar Argumente nennen, warum Sie einen Transistor oder vielleicht einen Mosfet in Betracht ziehen würden?
Wie gesagt, Phasenreserve ist hier der Hauptaspekt. Wenn Sie zu Messzwecken eine stabile Schwingung haben möchten, verwenden Sie überhaupt keinen Colpitts-Oszillator, sondern normalerweise einen quarzbasierten. Für Messzwecke würden Sie normalerweise einen PLL-Chip mit integriertem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) verwenden, den Sie mit dem Kristall disziplinieren. Auf diese Weise erhalten Sie eine Reihe zuverlässiger, sauberer und dennoch einstellbarer Schwingungen und sind über einen Temperaturbereich nicht von den Eigenschaften einiger zufälliger Kondensatoren und noch schlimmerer Induktivitäten abhängig.
Ich verstehe, was Sie meinen, aber die Art und Weise, wie es gemessen wird, ist die Verwendung eines Oszillators, der um eine Induktivität herum aufgebaut ist. Dabei ist der Induktor die Spule, die unter der Erde platziert ist, wo die Fahrzeuge vorbeifahren. Wenn sich die Induktivität ändert, ändert sich auch die Frequenz, und dies kann leicht mit einem Mikrocontroller gemessen werden.
Ah schön! Mit welchen Frequenzen arbeiten solche Systeme?
Die Frequenz hängt stark von der verwendeten Spule ab, liegt aber meistens zwischen 30-200kHz. Außerdem sollte der Oszillator im Frequenzbereich durch Hinzufügen/Entfernen eines Kondensators geändert werden können. Und damit mit unterschiedlichen Kondensatorwerten arbeiten zu können. Dies wird für mehrere Schleifen nahe beieinander verwendet, damit sie sich nicht gegenseitig stören.
ah, also sollte es Ihnen gut gehen, wenn Sie einen Operationsverstärker mit mäßig hoher Bandbreite (einige MHz) verwenden
Vielen Dank für die Antwort, aber gibt es einen Vorteil bei der Verwendung eines Operationsverstärkers gegenüber einem Transistor? Da ein Transistor viel billiger und kleiner ist, wäre es schön, wenn ich es mit einem Transistor zum Laufen bringen könnte.
Da Sie nicht wirklich eine gut definierte Verstärkung benötigen, verwenden die klassischen Colpitts einfach diskrete Transistoren und funktionieren einwandfrei.
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